Nghiên cứu chế tạo cảm biến trên cơ sở vật liệu micro nano và thiết bị kèm theo để kiểm tra một số thông số quan trọng của môi trường khí và nước
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (11.27 MB, 344 trang )
BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC02/06-10
NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CẢM BIẾN TRÊN CƠ SỞ VẬT LIỆU MICRO-
NANO VÀ THIẾT BỊ KÈM THEO ĐỂ KIỂM TRA MỘT SỐ THÔNG SỐ
QUAN TRỌNG CỦA MÔI TRƯỜNG KHÍ VÀ NƯỚC
KC02.05/06-10
Cơ quan chủ trì đề tài : Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Chủ nhiệm đề tài/dự án: GS.TS. Nguyễn Đức Chiến
Hà Nội – 2009
BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRƯỞNG ĐẠI HỌC BACH KHOA HÀ NỘI
CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC02/06-10
BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CẢM BIẾN TRÊN CƠ SỞ VẬT LIỆU MICRO-NANO VÀ
THIẾT BỊ KÈM THEO ĐỂ KIỂM TRA MỘT SỐ THÔNG SỐ QUAN
TRỌNG CỦA MÔI TRƯỜNG KHÍ VÀ NƯỚC
KC 02.05/06-10
Chủ nhiệm đề tài/dự án: Cơ quan chủ trì đề tài/dự án:
(ký tên) (ký tên và đóng dấu)
GS. TS. Nguyễn Đức Chiến
Ban chủ nhiệm chương trình Bộ Khoa học và Công nghệ
(ký tên) (ký tên và đóng dấu khi gửi lưu trữ)
GS.TSKH. Thân Đức Hiền
Hà Nội - 2009
PHẦN I:
BÁO CÁO THỐNG KÊ
1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA HN
__________________
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2009
BÁO CÁO THỐNG KÊ
KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI/DỰ ÁN SXTN
I. THÔNG TIN CHUNG
1. Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo cảm biến trên cơ sở vật liệu micro-nano
và thiết bị kèm theo để kiểm tra một số thông số quan trọng của môi trường
khí và nước
Mã số đề tài: KC02.05/06-10
Thuộc:
Chương trình:
KC02.05/06-10
2. Chủ nhiệm đề tài/dự án:
Họ và tên: Nguyễn Đức Chiến
Ngày, tháng, năm sinh: 25- 05 – 1951 Nam/ Nữ: Nam
Học hàm, học vị: Giáo sư, Tiến sỹ
Chức danh khoa học: Giảng viên cao cấp; chức vụ: Viện trưởng
Điện thoại: CQ: 04 8680787; NR:
04 369 22 24; DĐ: 0913 393 960
Fax: 04 38692963; E-mail:
Tên tổ chức đang công tác: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Địa chỉ tổ chức: Số 1 Đại Cồ Việt, Hai Ba Trưng, Hà Nội
Địa chỉ nhà riêng: Số 68, Ngõ 39, Tạ Quang Bửu
3. Tổ chức chủ trì đề tài/dự án:
Tên tổ chức chủ trì đề tài: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Điện thoại: 04 38684878 ; Fax: 04 3 8692033
E-mail:
Website: www.hut.edu.vn
Địa chỉ: Số 1 Đại Cồ Việt, Hai Bà Trưng, Hà Nội
2
Họ và tên thủ trưởng tổ chức: GS.TS. Nguyễn Trọng Giảng
Số tài khoản: 931.01.062, Kho Bạc Nhà Nước Chi nhánh Quận Hai Bà
Trưng
Ngân hàng:
Tên cơ quan chủ quản đề tài: Bộ Giáo dục và Đào tạo
II. TÌNH HÌNH THỰC HIỆN
1. Thời gian thực hiện đề tài/dự án:
- Theo Hợp đồng đã ký kết: từ tháng 04 năm 2007 đến tháng 04 năm 2009
- Thực tế thực hiện: từ tháng 04 năm 2007 đến tháng 04 năm 2009
- Được gia hạn (nếu có): 06 tháng
- Lần 1: từ tháng 04 năm 2009 đến tháng 10 năm 2009
2. Kinh phí và sử dụng kinh phí:
a) Tổng số kinh phí thực hiện: 2000 000 000 tr.đ, trong đó:
+ Kính phí hỗ trợ từ SNKH: 2000 0000 000 tr.đ.
+ Kinh phí từ các nguồn khác: tr.đ.
+ Tỷ l
ệ và kinh phí thu hồi đối với dự án (nếu có):
b) Tình hình cấp và sử dụng kinh phí từ nguồn SNKH:
Theo kế hoạch Thực tế đạt được
Số
TT
Thời gian
(Tháng,
năm)
Kinh phí
(Tr.đ)
Thời gian
(Tháng, năm)
Kinh phí
(Tr.đ)
Ghi chú
(Số đề nghị
quyết toán)
1
22/09/2007 910 000 000 22/09/2007 910 000 000 574 098 000
2
23/09/2008 763 000 000 23/09/2008 763 000 000 957 661 825
3
03/11/2009 327 000 000 03/11/2009 327 000 000
c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi:
Đối với đề tài:
Đơn vị tính: Triệu đồng
Theo kế hoạch Thực tế đạt được
Số
TT
Nội dung
các khoản chi
Tổng SNKH Nguồn
khác
Tổng SNKH Nguồn
khác
1 Trả công lao động
(khoa học, phổ
thông)
703 703
731 731
3
2 Nguyên, vật liệu,
năng lượng
745 745
775 775
3 Thiết bị, máy móc 388 388
347 347
4 Xây dựng, sửa chữa
nhỏ
5 Chi khác 164 164
102 102
6 Kinh phí trả lại Nhà
nước
0 18
7 Kinh phí trích quỹ
theo báo cáo chênh
lệch thu chi
0 37
Tổng cộng 2000 2000
1955 2000
Lý do thay đổi (nếu có):
• Trả công lao động: chuyển 10 triệu từ công tác trong nước và 18 triệu
từ tiền mua thiết bị.
• Nguyên vật liệu: chuyển 23 triệu từ tiền mua thiết bị.
3. Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án:
Số
TT
Số, thời gian ban
hành văn bản
Tên văn bản
Ghi
chú
1
1163/QĐ-BKCN,
19/05/2006
Phê duyệt các tổ chức cá nhân trúng tuyển chủ trì
thực hiện đề tài thuộc Chương trình khoa học
công nghệ trọng điểm cấp nhà nước giai đoạn
2006-2010, “Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng
Công nghệ Vật liệu, KC02.05
2
2090/QĐ-BKCN,
22/09/2006
Phê duyệt nội dung và kinh phí các đề tài đã
trúng tuyển thuộc Chương trình trình khoa học
công nghệ trọng điểm cấp nhà nước giai đoạn
2006-2010, “Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng
Công nghệ Vật liệu, KC02.05
3
2833/QĐ-BKCN,
22/09/2006
Quyết định phê duyệt kế hoạch đấu thầu mua
sắm tài sản của các đề tài thuộc Chương trình
trình khoa học công nghệ trọng điểm cấp nhà
nước giai đoạn 2006-2010, “Nghiên cứu, phát
triển và ứng dụng Công nghệ Vật liệu, KC02.05
4
HĐ số
05/2006/HĐ-
ĐTCT-KC 02/06-
10, 24/04/2007
Hợp đồng Nghiên cứu Khoa học và Phát triển
Công nghệ
5
383/QĐ-BKCN,
20/03/2009
Quyết định về việc điều chỉnh thời gian thực
hiện đề tài trọng điểm cấp Nhà nước giai đoạn
2006-2010, “Nghiên cứu, phát triển và ứng dụng
4
Công nghệ Vật liệu, KC02.05
6
158/VPCT-HCTH,
06/05/2009
Công văn cho phép điểu chỉnh kinh phí của đề
tài KC.02.05/06-10.
4. Tổ chức phối hợp thực hiện đề tài, dự án:
Số
TT
Tên tổ chức
đăng ký theo
Thuyết minh
Tên tổ
chức đã
tham gia
thực hiện
Nội dung
tham gia chủ yếu
Sản phẩm chủ
yếu đạt được
Ghi
chú
1
Trường Đại
học Bách khoa
Hà Nội
Trường Đại
học Bách
khoa Hà
Nội
Linh kiện cảm
biến màng mỏng,
cảm biến sinh học,
thiết bị đo cảm khí
biến màng mỏng,
thiết bị đo cảm
biến sinh học
- Cảm biến đo
khí ethanol và
LPG dạng màng
mỏng.
- Thiết bị cảnh
báo cháy nổ và
đo khí LPG và
hơi cồn.
- Cảm biế
n sinh
học và thiết bị
đo cảm biến
sinh học.
2
Viện Khoa học
Vật liệu, Viện
Khoa học và
Công nghệ
Việt Nam
Viện Khoa
học Vật
liệu, Viện
Khoa học
và Công
nghệ Việt
Nam
Cảm biến màng
dầy ABO
3
và thiết
bị đo cảm biến khí
màng dày
- Cảm biến đo
khí ethanol và
LPG dạng màng
dầy.
- Thiết bị cảnh
báo cháy nổ và
đo khí LPG và
hơi cồn
3
Viện Hóa học,
Viên Khoa học
và Công nghệ
Việt Nam
Viện Hóa
học, Viên
Khoa học
và Công
nghệ Việt
Nam
Cảm biến điện hóa
và thiết bị đo cảm
biến điện hóa
- Cảm biến điện
hóa.
- Các thiết bị đo
điện hóa.
5. Cá nhân tham gia thực hiện đề tài, dự án:
Số
TT
Tên cá nhân
đăng ký theo
Tên cá nhân
đã tham gia
Nội dung tham
gia chính
Sản phẩm chủ
yếu đạt được
Ghi
chú
5
Thuyết minh thực hiện
1
GS.TS. Nguyễn
Đức Chiến
GS.TS.
Nguyễn Đức
Chiến
Quản lý chung,
định hướng
nghiên cứu
2
PGS.TS.
Nguyễn Văn
Hiếu
PGS.TS.
Nguyễn Văn
Hiếu
- Thư ký,
- Ổn đình quy
trình công nghệ
chế tạo vật liệu
nano.
- Nghiên cứu chế
tạo cảm biến
màng mỏng
- Quy trình cho
phép chế tạo vật
liệu nano SnO
2
và TiO
2
pha tạp
và không pha
tạp.
- Cảm biến khí
màng mỏng đo
được khí LPG
và hơi cồn.
3
TS. Đặng Đức
Vượng
TS. Đăng Đức
Vượng
- Nghiên cứu chế
tạo các loại thiết
bị đo cảm biến
màng mỏng
- Các thiết bị
cho phép báo
ngưỡng và hiển
thị nồng độ khí
LPG và hơi cồn.
4
TS. Mai Anh
Tuấn
TS. Mai Anh
Tuấn
- Nghiên cứu
cảm biến sinh
học và thiết bị đo
cảm biến sinh
học.
- Các cảm biến
sinh học cho
phép xác định
được dư lượng
thuốc trừ sâu và
kim loại nặng
trong nước.
5
Dương Ngọc
Huyền
TS. Phương
Đình Tâm
Khảo sát tinh
chất cảm biến
sinh học
Các tính chất cơ
bản của cảm
biến sinh học.
6
PGS. TS.
Nguyễn Ngọc
Toàn
PGS. TS.
Nguyễn Ngọc
Toàn
Nghiên cứu cảm
biến màng dầy
và thiết bị đo
cảm biến màng
dầy.
Cảm biến màng
dầy các loại, đo
khí LPG và hơi
cồn.
8
TS. Hoàng Cao
Dũng
TS. Hoàng Cao
Dũng
Thiết kế mạch
điện tử, viết phần
mềm giao diện
cho thiết bị.
Phân mềm, và
giao diện kết
nối máy tính.
6
9
GS.TS. Lê
Quốc Hùng
GS.TS. Lê
Quốc Hùng
Nghiên cứu chế
tạo các loại thiết
bị đo điện hóa
Thiết bị đo tính
năng các sensor
điều chế được
và sử dụng cho
phân tích các
kim loại nặng
trong môi
trường nước sử
dụng các cảm
biến điện hóa.
TS. Vũ Thị Thu
Hà
TS. Vũ Thị
Thu Hà
Nghiên cứu chế
tạo các loại
sensor điện hóa
trên cơ sở vật
liệu kích thước
micromet. Khảo
sát tính chất và
khả năng sử
dụng trong phân
tích của các
sensor chế tạo
được. Chuẩn bị
báo cáo đề tài
nhánh
Các sensor điện
hóa và ứng
dụng chúng cho
phân tích các
kim loại nặng
trong môi
trường nước.
Bản báo cáo đề
tài nhánh
6. Tình hình hợp tác quốc tế:
Số
TT
Theo kế hoạch
(Nội dung, thời gian, kinh phí, địa
điểm, tên tổ chức hợp tác, số
đoàn, số lượng người tham gia )
Thực tế đạt được
(Nội dung, thời gian, kinh phí, địa
điểm, tên tổ chức hợp tác, số
đoàn, số lượng người tham gia )
Ghi
chú*
1
02 Đoàn ra (đi Trung Quốc) 02 Đoàn ra (đi Trung Quốc)
2
01 Đoàn vào 01 Đoàn vào
7. Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị:
Số
TT
Theo kế hoạch
(Nội dung, thời gian, kinh
phí, địa điểm )
Thực tế đạt được
(Nội dung, thời gian, kinh phí, địa
điểm )
Ghi chú*
1
Tổ chức 01 hội nghị Tổ chức 01 hội nghị, kinh phí
17.000.000 (mười bảy triệu đồng)
Viện ITIMS, ĐHBKHN
7
8. Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:
Thời gian
(Bắt đầu, kết thúc
- tháng … năm)
Số
TT
Các nội dung, công việc
chủ yếu
(Các mốc đánh giá chủ yếu)
Theo kế
hoạch
Thực tế đạt
được
Người,
cơ quan
thực hiện
1
Hoàn thiện và ổn định quy trình
chế tạo vật liệu:
5/07-4/08 5/07-4/08
- Vật nano cho cảm biến màng
mỏng
N.V. Hiếu
- Vật liệu nano perovskite
5/07-10/07 5/07-10/07 N.N. Toàn
- Vật liệu cảm biến sinh học sử
dụng Ezym họ cholinesterase
M.A. Tuấn
- Vật liệu cảm biến điện hóa
L.Q. Hùng
2
Đặt mua thiết bị và xây dựng hệ
đo các đặc trưng của cảm biến
04/07-12/08 04/07-11/08
- 01 hệ ở ĐHBKHN
N.V. Hiếu
- 01 hệ ở VKHVL
N.N. Toàn
3
Hoàn thiện và ổn định quy trình
chế tạo các loại cảm biến.
12/07-12/08
- Cảm biến khí dạng màng
mỏng đo hơi cồn và khí ga
12/07-03/09 N.V. Hiếu
- Cảm biến khí dạng màng dầy
và khối đo hơi cồn và khí ga
5/07-10/08 5/07-10/08 N.N. Toàn
- Cảm biến sinh học xác định
dư lượng thuốc trừ sâu
9/07-12/08 9/07-1/2010 M.A. Tuấn
- Cảm biến điện hoá xác định
hàm lượng ion nặng
6/07-12/08 7/07-12/08 L.Q. Hùng
4
Nghiên cứu thiết kế và chế tạo
các loại thiết bị cảm biến.
- Thiết bị đo khí ga và hơi cồn
sử dụng cảm biến dạng màng
mỏng.
5/07-10/08 9/07-7/09 Đ.Đ Vượng
- Thiết bị đo khí ga và hơi cồn
sử dụng cảm biến dạng màng
dầy và khối .
5/07-10/08 5/07-10/08 N.N Toàn
- Thiết bị xác định dư lượng
thuốc trừ sâu sử dụng cảm biến
sinh học
7/07-11/08 8/08-12/08 M.A. Tuấn
- Thiết bị xác định hàm lượng
ion nặng sử dụng cảm biến điện
hoá
8/07-12/08 8/07-12/08 L.Q. Hùng
8
- Máy đo điện hóa đa năng, đo
các tín hiệu ra của các loại cảm
biến điện hóa, cảm biến sinh
học.
1/08-12/08 1/08-12/08 V.T.T. Hà
III. SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI, DỰ ÁN
1. Sản phẩm KH&CN đã tạo ra:
a) Sản phẩm Dạng I:
Số
TT
Tên sản phẩm và
chỉ tiêu chất lượng
chủ yếu
Đơn
vị đo
Số lượng
Theo kế
hoạch
Thực tế
đạt được
1
Cảm biến các loại 12/07-
12/08
1.1. Cảm khí ga
ppm
- Cảm biến màng
mỏng
30 30 30
-Cảm biến màng dày
20 20 20
1.2. Cảm biến hơi
cồn
ppm -
- Cảm biến màng
mỏng
30 30 30
- Cảm biến màng dày
20 20 20
1.3. Cảm biến sinh
học
1.4. Cảm biến điện
hóa
10 10 10
2
Thiết bị đo cảm biến
2.1. Thiết bị đo khí
Ga
Cảm biến màng
mỏng
- Thiết bị báo ngưỡng
LPG.
10 10 10
- Thiết bị đo nồng độ
LPG hiển thị số
10 10 10
2.2. Thiết bị đo khí
Ga
Cảm biến màng dày
và khối
- Thiết bị LPG -I đo
nồng độ thấp
05 05 05
9
- Thiết bị LPG -II đo
nồng độ cao
10 10 10
- Thiết bị báo ngưỡng
LPG-III
10 10 10
2.3. Thiết bị đo hơi
cồn
Cảm biến màng
mỏng
- Thiết bị báo ngưỡng
cồn
10 10 10
- Thiết bị đo nồng độ
hơi cồn hiển thị số
10 10 10
2.4. Thiết bị đo hơi
cồn
Cảm biến màng dày
- Thiết bị Alco -I đo
nồng độ thấp
10 10 10
3
Thiết bị đo nồng độ
ion kim loại nặng
trong nước
2 2 2
4
Thiết bị đo dư lượng
thuốc trừ sâu sử dụng
cảm biến sinh học.
2 2 2
5
Máy đo điện hóa đa
năng, đo các tín hiệu
ra của các loại cảm
biến điện hóa, cảm
biến sinh học.
2 2 2
6
- Hê kiểm chuẩn thiết
bị cảm biến khí cho
phép trộn hai khí đầu
vào với tỷ lệ 1/1000.
- Hệ kiểm chuẩn thiết
bị cảm biến đo hàm
lượng ion nặng.
2 2 2
b) Sản phẩm Dạng II:
Yêu cầu khoa học
cần đạt
Số
TT
Tên sản phẩm
Theo kế hoạch Thực tế
đạt được
Ghi
chú
1
Quy trình công nghệ chế
tạo vật liệu SnO
2
, TiO
2
và
- Quy trình phải
ổn định và có độ
- Quy trình phải ổn
định và có độ lặp
10
Perovskite có kích thước
cỡ nano pha tạp các
nguyên tố kim loại.
lặp lại cao.
- Kích thước hạt
của các vật liệu
chế tạo được
trong khoảng từ
6-20 nm.
- Dễ dàng thực
hiện việc thay đổi
các nguyên tố
pha tạp và đồng
pha tạp.
lại cao.
- Kích thước hạt
của các vật liệu chế
tạo được trong
khoảng từ 8-20 nm.
- Dễ dàng thực hiện
việ
c thay đổi các
nguyên tố pha tạp
và đồng pha tạp.
2
Quy trình chế tạo linh kiện
cảm biến khí.
- Quy trình phải
có độ ổn định và
độ lặp lại cao.
- Cho phép chế
tạo 20 -30 linh
kiện trên một đế
Si 3 inch.
- Sau khi hoàn
thành quy trình
chế tạo số linh
kiện làm việc là
trên 50%.
- Quy trình phải có
độ ổn định và độ
lặp lại cao.
- Cho phép chế tạo
100 -150 linh kiện
trên một đế Si 3
inch.
- Sau khi hoàn
thành quy trình chế
tạo số linh kiện làm
việc là trên 50%.
3
Quy trình kiểm tra các
thông số và đánh giá các
cảm biến
- Cho phép kiểm
tra đánh giá các
thông số quan
trọng của các loại
cảm biến chế tạo
được.
- Quy trình phải
bảo đảm độ chính
xác và độ tin cậy.
- Cho phép kiểm tra
đánh giá các thông
số quan trọng của
các loại cảm biến
chế tạo được.
- Quy trình phải
bảo đảm độ chính
xác và độ tin cậy.
4
Phương pháp cố định
enzym
- Bám dính tốt,
đáp ứng yêu cầu
của đề tài
- Bám dính tốt, đáp
ứng yêu cầu của đề
tài
5
Bản vẽ hệ Mask dùng để
chế tạo vi điện cực.
- Hệ vi điện cực
với kích thước
điện cực, khe
răng lược khác
nhau ứng dụng
cho việc nghiên
cứu tìm cấu trúc
linh kiện tối ưu
- Hệ vi điện cực
với kích thước điện
cực, khe răng lược
từ 10 µm – 20µm
ứng dụng cho việc
nghiên cứ
u tìm cấu
trúc linh kiện tối ưu
6
Quy trình công nghệ chế - Đáp ứng yêu Chế tạo các vi điện
11
tạo vi điện cực vàng và
platin.
cầu có độ bám
dính tốt trên đế,
có thể sử dụng
cho các đơn vị
khác
cực vàng, cacbon
có độ ổn định, có
khả năng làm việc
dài ngày và có độ
lặp lại cao.
7
Quy trình chế tạo linh kiện
và thiết bị cảm biến điện
hoá và cảm biến sinh học
- Quy trình phải
có độ ổn định và
độ lặp lại cao.
- Linh kiện và
thiết bị có độ tin
cậy cao.
- Quy trình phải có
độ ổn định và độ
lặp lại cao.
- Linh kiện và thiết
bị có độ tin cậy
cao.
c) Sản phẩm Dạng III:
Yêu cầu khoa
học cần đạt
Số
TT
Tên sản phẩm
Theo
kế
hoạch
Thực tế
đạt
được
Số lượng, nơi
công bố
(Tạp chí, nhà xuất
bản)
Bài báo 10 21
Tạp chí quốc tế:
04
1
Nguyen Van Hieu*, Nguyen Quoc Dung,
Phuong Dinh Tam, Tran Trung, Nguyen Duc
Chien, “Thin film polypyrrole/SWCNTs
nanocomposites-based NH
3
sensor operated at
room temperature”, Sensors and Actuators B,
140 (2009) 500-507.
Tạp chí: Sensors and
Actuators B; Elsevier
ISSN
:0925-4005
2
Nguyen Van Hieu*, Nguyen Anh Phuc Duc,
Tran Trung, Mai Anh Tuan, Nguyen Duc
Chien, “Gas-sensing properties of tin oxide
doped with metal oxides and carbon nanotubes:
A competitive sensor for ethanol and liquid
petroleum gas”, Sensors and
Actuators B,
144 (2010) 450-456.
Tạp chí: Sensors and
Actuators B; Elsevier
ISSN:0925-4005
3
Nguyen Van Hieu*, “Highly reproducible
synthesis of very large-scale tin oxide
nanowires used for screen-printed gas sensor”,
Sensors and Actuators B, 144 (2010) 425–431.
Tạp chí: Sensors and
Actuators B; Elsevier
ISSN:0925-4005
4
Phuong Dinh Tam, Mai Anh Tuan, Nguyen
Van Hieu*, Nguyen Duc Chien, “Impact
Parameters on Hybridization Process in
Detecting Influenza Virus (Type A) Using
Conductimetric Based DNA Sensor”, Physica
E: Low-dimensional Systems and
Nanostructures, 41 (2009) 1567-1571.
Tạp chí: Physica E:
Low-dimensional
Systems and
Nanostructures;
Elsevier
ISSN
: 1386-9477
Tạp chí trong nước:
03
12
5
Phan Thị Ngọc Mai, Vũ Thị Thu Hà, Vũ Phúc
Hoàng, Lê Quốc Hùng
, Khảo sát ảnh hưởng
của độ nhớt đến đặc tính von-ampe trên vi điện
cực vàng,
Tạp chí Hóa học, số
ĐB của Viện Hóa học
2009
6
Trinh Van Trung, Mai Anh Tuan, Nguyen Duc
Chien, “Development of portable device For
biosensor to determine pesticides In water”,
Advances in Natural Sciences, Vol. 8, No. 3 &4
(2007) (421 – 429),
Advances in Natural
Sciences, Vol. 8, No. 3
&4 (2007) (421 – 429)
Hội nghị trong nước và quốc tế:
14
7
Tran Quang Dat, Nguyen Van Hieu, Nguyen
Van Toan, Luong Ngoc Anh, Mai Anh Tuan,
Nguyen Van Quy, Nguyen Duc Chien
,
“Wafer-level fabrication of planar-type micro
gas sensor based on nanotructured tin oxide
thin film”, Hội nghị Vật lý chất rắn và Khoa
học vật liệu toàn quốc lần thứ 6 (SPMS-
2009)- Đà Nẵng 8-10/11/2009
Hội nghị Vật lý chất
rắn và Khoa học vật
liệu toàn quốc lần thứ
6
8
Nguyen Van Hieu, Nguyen Duc Chien,
“Novel gas sensors based on nano-structured
materials”, Proceedings of the first
International Symposium on Micro/Nano
Systems Technology, (2008) pp.126-134.
Proc.of the first Int.
Sym. on Micro/Nano
Systems Technology
(GPXB: 112-2009/
CXB/01-06/BKHN)
9
Nguyen Van Hieu, Nguyen Anh Phuc Duc,
Nguyen Duc Chien
, “Gas-sensing properties
of tin oxide doped with metal oxides and
Carbon nanotubes: a competitive sensor for
ethanol and LPG”, APCTP–ASEAN
Workshop on Advanced Materials Science
and Nanotechnology, (2008) pp.669-675.
Proceedings of
APCTP–ASEAN
Workshop on
Advanced Materials
Science and
Nanotechnology
(ISBN: 978-90-
9023470)
10
Đặng Đức Vượng, Khúc Quang Trung, Trần
Thị Mai, Nguyễn Đức Chiến, “Ảnh hưởng của
kích thước hạt lên đặc trưng nhạy khí của vật
liệu SnO
2
”,
Hội nghị vật lý chất
rắn toàn quốc lần thứ
5, 2007, pp 472- 475
11
K. Q. Trung , C. M. Hung, P. V. Thang, T. T.
Mai, D. D. Vuong, N. D. Chien “ preparation
of sol SnO2 suspension by hydrothermal
technique for thin film sensor application”
Proc. of APCTP-
ASEAN workshop on
advanced materials
science &
nanotechnology, 2008,
pp 487- 491
12
Đỗ Thị Anh Thư, Nguyễn Xuân Nghĩa, Nguyễn
Thị Anh Minh, Hồ Trường Giang, Giang Hồng
Thái, Nguyễn Sĩ Hiếu và Nguyễn Ngọc Toàn,
“Nghiên cứu vi cấu trúc hệ vật liệu LaFe
1-
x
Co
x
O
3
(với 0≤x≤1)”, Tuyển tập báo cáo tại
Hội nghị Vật lý Chất rắn Toàn quốc lần thứ 5,
Vũng tàu 12-14/11/2007, pp. 257-260
Tuyển tập báo cáo tại
Hội nghị Vật lý Chất
rắn Toàn quốc lần thứ
5, Vũng tàu 12-
14/11/2007, pp. 257-
260
13
Đỗ Thị Anh Thư, Nguyễn Thị Anh Minh, Hồ
Trường Giang, Giang Hồng Thái, Nguyễn Sĩ
Hiếu và Nguyễn Ngọc Toàn
, “Ảnh hưởng của
ion Co
3+
trong hợp chất LaFe
1-
Co
x
O
3
(với
0≤x≤1)”, Tuyển tập báo cáo tại Hội nghị Vật lý
Chất rắn Toàn quốc lần thứ 5, Vũng tàu 12-
14/11/2007, pp.731-734.
Tuyển tập báo cáo tại
Hội nghị Vật lý Chất
rắn Toàn quốc lần thứ
5, Vũng tàu 12-
14/11/2007,
14
D.T.A.Thu, H.T.Giang, G.H.Thai, N.S.Hieu
Proceedings of the
13
and N.N.Toan, “Ethanol sensing properties of
LnFe
0.6
Co
0.4
O
3
(Ln=La, Nd, Sm and Gd)
perovskite oxides”, Proceedings of the Eleventh
Vietnamese-German Seminar on Physics and
Engineering, Nha Trang City, from March, 31,
to April , 5 , 2008.
Eleventh Vietnamese-
German Seminar on
Physics and
Engineering, Nha
Trang City, from
March, 31, to April, 5,
2008.
15
D.T.A.Thu, H.T.Giang, G.H.Thai, N.S.Hieu
and N.N.Toan, “Influence of B element on
ethanol sensing property of LaBO
3
(B=Mn, Fe,
Co and Ni) perovskite oxides”, Proceedings of
the Eleventh Vietnamese-German Seminar on
Physics and Engineering, Nha Trang City, from
March, 31, to April , 5 , 2008.
Proceedings of the
Eleventh Vietnamese-
German Seminar on
Physics and
Engineering, Nha
Trang City, from
March, 31, to April ,
5, 2008.
16
Nguyễn Ngọc Toàn, Hồ Trường Giang, Đỗ Thị
Anh Thư, Giang Hồng Thái, Phạm Quang
Ngân và Hoàng Cao Dũng, “Nghiên cứu tính
chất nhạy khí của oxit perovskite và phát triển
ứng dụng”, Hội nghị Vật lý chất rắn và Khoa
học vật liệu toàn quốc lần thứ 6 (SPMS-2009),
Đà Nẵng 8-10/11/2009.
Hội nghị Vật lý chất
rắn và Khoa học vật
liệu toàn quốc lần thứ
6 (SPMS-2009), Đà
Nẵng 8-10/11/2009.
17
Do Thi Anh Thu, Ho Truong Giang, Giang
Hong Thai and Nguyen Ngoc Toan
, “Ethanol
sensor on Nano-crystalline LaFe
1-x
Co
x
O
3
(0 ≤ x
≤ 1.0) Perovskite Oxides”, International
Workshop on Advanced Materials and
Nanotechnology 2009 (IWAMN 2009), 24-25
November 2009, Hanoi, Vietnam
International
Workshop on
Advanced Materials
and Nanotechnology
2009 (IWAMN 2009),
24-25 November 2009,
Hanoi, Vietnam
18
Tam P.D, Tuan M.A, Tom Aarnink, Chien
N.D, “Directly Immobilized DNA Sensor for
Label-free Detection of Herpes Virus”,
Proceedings of the 5th International Conference
on Information Technology and Application in
Biomedicine, in conjunction with the 2nd
International Symposium & Summer School on
Biomedical and Health Engineering Shenzhen,
China, May 30-31, 2008, 214-217.
the 5th International
Conference on
Information
Technology and
Application in
Biomedicine, in
conjunction with
the 2nd International
Symposium &
Summer School on
Biomedical and Health
Engineering Shenzhen,
China, May 30-31,
2008
d) Kết quả đào tạo:
Số lượng
Số
TT
Cấp đào tạo, Chuyên ngành đào tạo
Theo kế
hoạch
Thực tế
đạt được
Ghi
chú
(Thời
gian kết
thúc)
Thạc sỹ
06 10
1
Nguyễn Anh Phúc Đức, Lớp ITIMS-2005-
ĐHBKHN, Nghiên cứu chế tạo cảm biến khí trên
cơ sở vật liệu SnO
2
pha tạp một số nguyên tố kim
loại và ống nano các bon, Người hướng dẫn KH:
GS.TS. Nguyễn Đức Chiến
2007
14
2
Khúc Quang Trung, Khúc Quang Trung, ITIMS
2004-ĐHBKHN, Vật liệu SnO
2
chế tạo bằng
phương pháp nhiệt thủy phân ứng dụng trong cảm
biến nhạy khí ga hóa lỏng; Người hướng dẫn KH:
GS.TS. Nguyễn Đức Chiến
3
Trần Thị Mai, Lớp VLKT2006-2008, Nghiên cứu
chế tạo vật liệu thanh nano SnO
2
bằng phương pháp
thủy nhiệt ứng dụng trong cảm biến khí; Người
hướng dẫn KH: GS.TS. Nguyễn Đức Chiến
2008
4
Trần Quang Đạt, Lớp ITIMS2007-ĐHBKHN,
Chế tạo cảm biến khí loại một mặt bằng công nghệ
vi điện tử trên cơ sở vật liệu nano SnO
2
, Người
HDKH: GS.TS. Nguyễn Đức Chiến
2009
5
Nguyễn Thị Anh Minh, Lớp CH Viện Vật lý
2005-2007, Chế tạo và Nghiên cứu một số tính chất
của hệ vật liệu LaFe
1-x
Co
x
O
3
ứng dụng trong cảm
biến nhạy hơi ethanol, Người HDKH: PGS.TS.
Nguyễn Ngọc Toàn
2007
6
Nguyễn Tuấn Hưng, Lớp CH Viện Vật lý 2006-
2008, Chế tạo và Nghiên cứu một số tính chất của
hệ vậ liệu nao-tinh thể WO
3
-SnO
2
, Người HDKH:
PGS.TS. Nguyễn Ngọc Toàn
2008
7
Tạ Thị Nhật Anh, lớp cao học ITIMS2005-
ĐHBKHN, Nghiên cứu chế tạo cảm biến ARN để
xác định virut gây bệnh, Người hướng dẫn KH: TS.
Mai Anh Tuấn
2008
8
Trần Quang Huy, Trường ĐHCN, Cao học khóa
K21, 2005, Cảm biến sinh học trên cơ sở polyme
dẫn trong phát hiện vi rút gây bệnh; Người hướng
dẫn KH: TS. Mai Anh Tuấn
2007
9
Vũ Quang Khuê, cao học lớp ITIMS 2007-2009,
Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo đa kênh cho cảm
biến miễn dịch trên cơ sở độ dẫn”; Người hướng
dẫn KH: TS. Mai Anh Tuấn
2009
Tiến sỹ 04 06
1
TS. Phương Đình Tâm, CNVLĐT 2005-2009,
Nghiên cứu chế tạo cảm biến sinh học AND nhằm
ứng dụng trong y học và thực phẩm, Bào vệ thành
công cấp NN tháng 10/2009
2009
2
NCS. Đạng Thị Thanh Lê, CNVLĐT, Cảm biến
khí dạng màng trên cơ sở vật liệu ôxit bán dẫn có
cấu trúc nanô; HD1: GS.TS.Nguyễn Đức Chiến;
HD2: TS. Đặng Đức Vượng
2010
3
NCS. Khúc Quang Trung
CNVLĐT, NCS. Khúc Quang Trung
CNVLĐT, Nghiên cứu chế tạo cảm biến nhạy khí
hoá lỏng LPG trên cơ sở vật liệu SnO
2
cấu trúc
nano; HD1: GS.TS.Nguyễn Đức Chiến; HD2: TS.
Đặng Đức Vượng
2011
4
NCS. Đỗ Thị Anh Thư
Nghiên cứu chế tạo cảm biến, thiết bị đo nồng độ
cồn trong hơi thở trên cơ sở vật liệu oxit perovskite
ABO
3
2010
15
NCS. Hồ Trường Giang
Nghiên cứu chế tạo cảm biến khí monoxit carbon
và hydrocarbon trên cơ sở oxit perovskite ABO
3
2011
5
NCS. Trần Quang Huy, ĐHBKHN 2008, Phát
triển bộ cảm biến miễn dịch để phát hiện vi rút gây
bệnh; HD1: TS.Mai Anh Tuấn
2011
đ) Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp, quyền đối với giống
cây trồng:
Kết quả
Số
TT
Tên sản phẩm
đăng ký
Theo
kế hoạch
Thực tế
đạt được
Ghi chú
(Thời gian kết
thúc)
1
Thiết bị cảm biến khí
Ngày nộp
đơn: 21/7/2008
Ngày chấp
nhận đơn:
22/12/2008
e) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN đã được ứng dụng vào thực tế
Số
TT
Tên kết quả
đã được ứng dụng
Thời
gian
Địa điểm
(Ghi rõ tên, địa chỉ nơi
ứng dụng)
Kết quả
sơ bộ
1
Thiết bị đo nồng độ cồn
trong hơi thở
(đo nồng độ cồn trong hơi
thở công nhân theo ngày
làm việc)
8/2009 Công ty TNHH chế
biến thực phẩm Đông
Đô, Thôn 2 xã Đông
Mỹ - huyện Thanh Trì
- Hà Nội
Nhận xét:
Thiết bị gọn,
dễ thao tác.
2
Thiết bị đo LPG
(đo nồng độ LPG tại các
địa điểm sang chiết gas,
nơi chứa gas… theo ngày)
7-8/2009 Cửa hàng Gas và Bếp
gas Hương Trường,
Thôn Trung Thành, xã
Thượng Mỗ, huyện
Đan Phượng, Hà Nội
Nhận xét:
Máy gọn,
nhẹ, dễ sử
dụng. Kết
quả đo hiển
thị ổn định
2. Đánh giá về hiệu quả do đề tài, dự án mang lại:
a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:
- Góp phần vào việc tạo ra công nghệ chế tạo vật liệu nhạy khí có cấu trúc
nano, vật liệu micro-nano cho cảm biến sinh học và cảm biến điện hóa.
- Góp phần vào việc phát triển các công nghệ chế tạo cảm biến hiệu quả phục
vụ quan trắc môi trường, đây là một linh v
ực còn yếu ở Việt Nam.
- Góp phấn vào việc phát triển các thiết bị quan trắc môi trường sử dụng các
cảm biến chế tạo trong nước, phục vụ quan trắc môi trường khí và nước.
16
b) Hiệu quả về kinh tế xã hội:
- Góp phần tạo ra các sản phẩm công nghê cao, phục vụ đời sống dân sinh.
Tham gia đào tạo nguồn dân lực trình độ cao cho đất nước trong lĩnh vực khoa
học và công nghệ nano. Tao điều kiện cho các nhà khoa học tích cực tham gia
nghiên cứu phục vụ đời sống dân sinh.
3. Tình hình thực hiện chế độ báo cáo, kiểm tra của đề tài, dự án:
Số
TT
Nội dung
Thời gian
thực hiện
Ghi chú
(Tóm tắt kết quả, kết luận chính,
người chủ trì…)
I
Báo cáo định kỳ Lần 1 19-03-2009 Cơ bản hoàn thiện quy trình chế
tạo vật liệu.
Cũng đã chế tạo một số cảm biến.
Bắt đầu chế tạo một số thiết bị.
II
Kiểm tra định kỳ Lần 2 26-03-2009 Đề tài làm được nhiều việc, có
nhiều sáng tạo trong công việc.
Đề tài phải hoàn thiện nhanh các
mục tiếp theo để hoàn chỉnh.
Phải lưu ý về số lượng và chất
lượng.
Chủ nhiệm đề tài
(Họ tên, chữ ký)
GS.TS. Nguyễn Đức Chiến
Thủ trưởng tổ chức chủ trì
(Họ tên, chữ ký và đóng dấu)
PHẦN II:
BÁO CÁO TỔNG HỢP
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1
1.1. VẬT LIỆU NANO ỨNG DỤNG CHO CẢM BIẾN KHÍ 1
1.1.1. Vật Liệu Nhạy Khí Nano SnO
2
và TiO
2
1
1.1.1.1. Cơ sở thực tiễn 2
1.1.1.2. Cơ sở khoa học 3
1.1.2. Vật Liệu Nhạy Khí Nano ABO
3
20
1.1.2.1. . Đặc điểm của cấu trúc perovskite [21] 21
1.1.2.2. Sự pha tạp và sự khuyết thiếu ôxy 22
1.1.2.3. c. Tính chất điện của perovskite [21] 24
1.1.2.4. Hoạt tính xúc tác 26
1.2. CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CẢM BIẾN 29
1.2.1. Công Nghệ Chế Tạo Cảm Biến Khí 29
1.2.1.1. Cảm biến khí thay đổi độ dẫn 29
1.2.1.2. Cảm biến điện hóa 30
1.2.1.3. Cảm biến điện cực lựa chọn ion 31
1.2.1.4. Cảm biến chất đi
ện ly rắn 32
1.2.1.5. Cảm biến nhạy hơi êtanol và LPG 33
1.2.2. Công Nghệ Chế Tạo Cảm Biến Điện Hóa 35
1.2.2.1. Giới thiệu về vi điện cực 35
1.2.2.2. Tính chất của vi điện cực 38
1.2.2.3. Các tính chất của vi điện cực: 42
1.2.2.4. Chế tạo và ứng dụng trong phân tích điện hóa của vi điện cực 43
1.2.2.5. Cơ sở lý thuyết về phân tích kim loại nặng trong môi trường nước 47
1.2.3. Công Nghệ Chế Tạo Cảm Biến Sinh Học 57
1.2.3.1. Vật liệu cảm biến sinh học 57
1.2.3.2. Ứng dụng trong môi trường 59
1.2.3.3. Tình hình nghiên cứu tại nước ngoài 62
1.2.3.4. Tình hình nghiên cứu trong nước 66
1.2.3.5. Xu hướng tương lai 67
1.3. CÁC THIẾT BỊ ĐO SỬ DỤNG CẢM BIẾN MICRO-NANO 70
1.3.1. Các Loại Thiết Bị Đo Khí 70
1.3.1.1. Thiết bị báo ngưỡng hơi cồn và khí LPG 70
1.3.1.2. Thiết bị đo hơi cồn và khí LPG 72
1.4. TÀI LIỆU THAM KHẢO 76
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 82
2.1. CHẾ TẠO VẬT LIỆU 82
2.1.1. Chế Tạo Vật Liệu Nhạy Khí Nano SnO
2
và TiO
2
82
2.1.1.1. Chế tạo vật liệu nano SnO
2
82
2.1.1.2. Chế tạo vật liệu nano TiO
2
87
2.1.1.3. Chế tạo màng SnO
2
pha tạp Pt bằng phương pháp phun xạ 91
2.1.2. Xây Dựng Hệ Đo Tính Chất Nhạy Khí Tại Viện ITIMS 91
2.1.2.1. Thiết kế chế tạo 92
2.1.3. Vật Liệu Nhạy Khí Nano ABO
3
97
2.1.3.1. Chế tạo vật liêu oxit perovskit bằng phương pháp sol-gel tạo phức 99
2.1.4. Vật Liệu Chế Tạo Vi Điện Cực Cho Cảm Biến Điện Hóa 103
2.1.4.1. Chế tạo sợi cacbon. 104
2.1.4.2. Cấu trúc của sợi cacbon: 106
2.1.4.3. Ứng dụng của sợi cacbon: 106
2.2. CHẾ TẠO CẢM BIẾN 108
2.2.1. Chế Tạo Cảm Biến Khí Màng Mỏng 108
2.2.1.1. Thiết kế và chế tạo cảm biến bằng công nghệ vi đi
ện tử 108
2.2.1.2. Quy trình chế tạo cảm biến bằng công nghệ vi điện tử 112
2.2.2. Chế Tạo Cảm Biến Màng Dày 121
2.2.2.1. Xây dựng hệ đo đạc và kiểm chuẩn cảm biến Viện KHVL 123
2.2.3. Chế Tạo Vi Điện Cực Phục Vụ Đề Tài 125
2.2.3.1. Vi điện cực sợi than 125
2.2.3.2. Vi điện cực sợi vàng 127
2.2.4. Chế Tạo Cảm Biến Sinh Học 128
2.2.4.1. Thiết kế
mặt nạ (MASK) cho vi cảm biến 128
2.2.4.2. Thiết kế bản mạch cho vi cảm biến 133
2.2.4.3. Chế tạo cảm biến sinh học 133
2.2.4.4. Hàn dây và đóng gói cảm biến 142
2.2.4.5. Đóng gói và chức năng hóa cảm biến miễn dịch 145
2.3. CHẾ TẠO THIẾT BỊ SỬ DỤNG CẢM BIẾN 148
2.3.1. Chế tạo các loại thiết bị đo khí sử dụng cảm biến màng mỏng 148
2.3.1.1. Thiết kế vỏ
148
2.3.1.2. Thiết kế mạch nguyên lý 149
2.3.1.3. Viết chương trình điều khiển máy đo và giao tiếp với máy tính 157
2.3.2. Chế tạo thiết bị cảm biến màng dày ABO
3
161
2.3.3. Thiết Kế Và Chế Tạo Máy Đo Điện Hóa Đa Kênh 162
2.3.3.1. Phần máy đo 162
2.3.3.2. Phần mềm điều khiển máy đo 164
2.3.4. Chế Tạo Thiết Bị Đo Cảm Biến Sinh Học 168
2.4. TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………… 180
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 182
3.1. QUY TRÌNH CHẾ TẠO VẬT LIỆU 182
3.1.1. Kết quả nghiên cứu chế tạo vật liệu cảm biến khí nano SnO
2
và TiO
2
182
3.1.1.1. Tổng hợp vật liệu và tính chất nhạy khí của vật liệu SnO
2
182
3.1.1.2. Kết quả chế tạo màng SnO
2
pha tạp Pt bằng phương pháp phún xạ 193
3.1.1.3. Tổng hợp vật liệu và tính chất nhạy khí của vật liệu TiO
2
. 195
3.1.2. Kết quả nghiên chế tạo vật liệu cảm biến khí họ ABO
3
202
3.1.2.1. 1. Quy trình chế tạo vật liệu nhạy khí kích thước nano mét 202
3.1.2.2. Nghiên cứu cấu trúc của vật liệu 206
3.2. KẾT QUẢ CHẾ TẠO CÁC LOẠI CẢM BIẾN 213
3.2.1. Kết Quả Chế Tạo Cảm Biến Khí Dạng Màng Mỏng 213
3.2.1.1. Kết quả chế tạo cảm biến 213
3.2.1.2. Khảo sát công suất tiêu thụ của cảm biến 215
3.2.1.3. Khảo sát đặc trưng nhạy khí 218
3.2.2. Kết Quả Chế Tạo Cảm Biến Khí Màng Dày ABO
3
224
3.2.2.1. Chế tạo cảm biến màng dày ABO
3
bằng phương pháp in lưới 225
3.2.2.2. Thiết kế và chế tạo vỏ cảm biến 226
3.2.2.3. Chế tạo cảm biến LPG màng dày ABO
3
228
3.2.2.4. Cảm biến hơi ethanol (sử dụng màng dày ABO
3
) 233
3.2.3. Kết Quả Chế Tạo Cảm Biến Điện Hóa: 239
Các điện cực chế tạo hoàn chỉnh: 239
3.2.4. Kết Quả Chế Tạo Cảm Biến Sinh Học 241
3.2.4.1. Kết quả thiết kế, chế tạo và khảo sát cảm biến sinh học 241
3.2.4.2. Hàn và đóng gói cảm biến 249
3.3. KẾT QUẢ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO CẢM BIẾN 252
3.3.1. Các loại thiết bị đo khí sử dụng cảm biến khí màng mỏng 252
3.3.1.1. Thiết bị cảnh báo 252
3.3.2. Chế Tạo Thiết bị Sử Dụng Cảm Biến ABO
3
259
3.3.2.1. Lựa chọn phương án thiết kế 259
3.3.2.2. Thiết kế chế tạo phần cứng 260
3.3.2.3. Lắp ráp thiết bị đo hơi cồn 264
3.3.2.4. Lắp ráp thiết bị đo khí LPG 265
3.3.2.5. Hoàn thiện phần mềm giao diện cho thiết bị 267
3.3.2.6. Thử nghiệm độ ổn định của cảm biến và thiết bị chế tạo 271
3.3.3. Các Loại Thiết Bị Đo Điện Hóa 273
3.3.3.1. Nghiên cứu tính chất điện hóa của vi điện cực 273
3.3.3.2. Sử dụng vi điện cực phân tích chì trong môi trường nước. 280
3.3.3.3. Phân tích đồng thời Cd và Pb trong môi trường nước 287
3.3.3.4. Kết quả đo mẫu thưc tế trong Phòng thí nghiệm 291
3.3.3.5. Phân tích tự động ngoài hiện trường 293
3.3.3.6. Phát hiện kim loại nặng trong môi trường nước 294
3.3.4. Các Loại Thiết Bị Đo Cảm Biến Sinh Học 301
3.3.4.1. Các đặc tuyến của thiết bị đo và phần mềm hiển thị số liệu 301
3.3.4.2. Ảnh hưởng pH lên hoạt tính của enzim họ Cholinesterase 315
3.3.4.3. Ảnh hưởng ức chế của thuốc trừ sâu lên hoạt tính của enzym họ
Cholinesterase 316
1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. VẬT LIỆU NANO ỨNG DỤNG CHO CẢM BIẾN KHÍ
1.1.1. Vật Liệu Nhạy Khí Nano SnO
2
và TiO
2
Trên thế giới, trong những năm gần đây, xu hướng tổng hợp, nghiên cứu tính
chất vật lý, hóa học và ứng dụng trong thực tế của các vật liệu có cấu trúc nano
phát triển mạnh mẽ. Các vật liệu nano tinh thể được tập trung nghiên cứu nhiều
nhờ vào các tính chất đặc biệt của chúng so với vật liệu có kích thước micro. Ví
dụ như khi kích thước hạt giảm thì tỷ lệ giữ
a biên hạt với thể tích tăng lên. Sự
khác biệt đó có thể xuất phát từ sự thay đổi độ xốp của vật liệu nano tinh thể.
Thêm vào đó độ tinh khiết của vật liệu nano tinh thể có thể cao hơn so với vật
liệu ở kích thước micro.
Nằm trong xu hướng này, các vật liệu TiO
2
và SnO
2
ứng dụng cho cảm
biến khí từ lâu đã và đang được nghiên cứu rộng rãi. Những nghiên cứu chế tạo
các cấu trúc nano có hình dạng và kích thước khác nhau của TiO
2
và SnO
2
đã
được tiến hành và thu được những thành công đáng kể trong việc tạo ra các hạt,
sợi, ống, thanh… có kích thước từ vài đến vài chục nanomet. Đây cũng là những
ấn đề mà nhóm nghiên cứu và chế tạo cảm biến khí thuộc Viện Đào tạo Quốc tế
về Khoa học Vật liệu (ITIMS) thuộc trường Đại học Bách khoa Hà nội quan tâm
nghiên cứu trong vòng 5 năm gần đây. Các vật liệu TiO
2
và SnO
2
có cấu trúc hạt,
ống, thanh kích thước nano đã được chế tạo bằng phương pháp hoá học. Kết quả
khảo sát đặc trưng điện và đặc trưng nhạy khí của vật liệu nano TiO
2
và SnO
2
dạng hạt cho thấy những ưu và nhược điểm sau:
- Vật liệu TiO
2
đồng pha tạp Nb-Pt chế tạo bằng phương pháp sol-gel cho độ
nhạy và độ chọn lọc tốt với khí Ethanol khi được xử lý ở nhiệt độ 500-600
o
C và
chiều dày màng từ 200-300 nm. Thời gian đáp ứng và hồi phục rất ngắn, đặc
trưng ổn định theo thời gian và nhiệt độ. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là nhiệt
2
độ làm việc cao (trên 340
o
C) và độ dẫn thấp. Nhưng vật liệu TiO
2
lại có độ bền
nhiệt và độ ổn định cao hơn so với vật liệu SnO
2
.
- Vật liệu SnO
2
không pha tạp và pha tạp các nguyên tố kim loại có độ dẫn cao
hơn nhiều so với TiO
2
, nhiệt độ làm việc thấp (nhỏ hơn 300
o
C), độ nhạy khí rất
cao nhưng độ chọn lọc thấp, thời gian đáp ứng và hồi phục ngắn, tính ổn định
nhiệt không cao.
Những kết quả này tương tự với các kết quả đã nghiên cứu khác trên thế giới, nó
đã đặt ra yêu cầu cần phải khắc phục các nhược điểm của mỗi loại vật liệu cũng
như kết hợp các
ưu điểm của chúng.
Mục đích của đề tài này là sự kết hợp các ôxit tạo thành các hỗn hợp ôxit
của nhóm tác giả M. Radecka, K. Zakrzewska, M. Rekas và giải pháp đưa tạp
ống nano các bon đơn vách (SWCNTs) vào nền vật liệu SnO
2
của nhóm tác giả
Bee-Yu Wei, Ming-Chih Hsu,
1.1.1.1. Cơ sở thực tiễn
Đo lường môi trường đã và đang là vấn đề cấp thiết trên thế giới nói chung
và tại Việt Nam nói riêng. Các sản phẩm về các thiết bị thí nghiệm phục vụ đo
lường môi trường ngày càng đa dạng và sẵn có trên thị trường. Tuy nhiên, giá của
những sản phẩm này lại quá đắt so với ngân sách của các cơ sở nghiên cứu, các
trường đại học, đặc biệt là các trường phổ thông tại Việt Nam.
Ngày 17/10/2001, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Đề án “Đưa các nội
dung bảo vệ môi trường vào hệ thống giáo dục quốc dân” của Bộ GD&ĐT. Bộ
GD&ĐT đang từng bước triển khai đề án này trên quy mô toàn quốc.
Hiện nay trong nước có rất ít cơ sở sản xuất có khả năng cung cấp các thiết
bị thí nghiệ
m và quang trắc môi trường phục vụ nhu cầu giáo dục bảo vệ môi
trường. Trong khi nhu cầu về những thiết bị thí nghiệm này trong các trường học
trên toàn quốc của chúng ta là rất lớn. Mặc dù, đã có một số nghiên cứu chế tạo
